作者：CSDN @ _养乐多_
本文将介绍全球生态系统动态调查（GEDI）项目背景、项目任务以及仪器概述。
全球生态系统动态调查（GEDI）产生了对地球三维结构的高分辨率激光测距观测数据。GEDI对森林冠层高度、冠层垂直结构和地表高程进行精确测量，极大地提升了我们表征重要的碳循环、水循环过程、生物多样性和栖息地的能力。
GEDI的地表结构数据还对天气预报、森林管理、冰川和积雪监测以及生成更准确的数字高程模型具有巨大价值。GEDI提供了NASA观测资源中缺失的关键部分——三维结构，这使我们能够更好地了解地球作为一个系统的行为，并指导我们为维持关键资源所采取的行动。
GEDI仪器是一种大地测量级的光探测与测距（激光雷达）系统，由3台激光器组成，产生8条平行的观测轨迹。每台激光器每秒发射242次脉冲，并照射在地表上一个25米大小的点（即脚印），通过这些脚印进行三维结构测量。每个脚印在轨迹方向上间隔60米，每条轨迹之间横向距离约为600米。在其预定的24个月任务期间，GEDI预计将产生约100亿次不受云层影响的观测数据。
GEDI地面采样模式示意图如下，
一、GEDI 规范
GEDI已经经过优化，能够提供全球范围的植被结构测量。激光脚印足够大，可以测量整棵树，同时又足够小，可以在陡峭地形上准确探测地表。GEDI测量能够穿透浓密的树冠，并提供全面的采样。
GEDI包含三台Nd:YAG激光器，发射1064纳米的光。每秒脉冲242次，功率为10毫焦耳，向地球表面发射14纳秒长的短脉冲光，光束发散角为56毫弧度，形成的脚印平均直径为25米。
其中两台激光器功率为满功率，另一台分成两束，总共产生四束激光。光束摆动单元（BDUs）能够快速改变出射激光束的偏转角度，每次改变1.5毫弧度，使其在地面上平移600米。这样产生了八条地面轨迹，其中四条为强度轨迹，另外四条为覆盖轨迹。脚印沿轨迹方向间隔60米，跨轨迹方向间隔600米。
GEDI的测量范围覆盖了地球表面的51.6°北纬至51.6°南纬之间。在日本实验航空器（JEM）上，GEDI可以最多旋转6°，使激光器能够指向ISS地面轨迹两侧的40公里范围。这种能力用于尽可能完整地采样地球的陆地表面，填补由云层造成的间隙。在GEDI的两年任务寿命内，将获取约100亿次不受云层影响的地球表面观测。这些观测数据可以被分割成具有不同分辨率的规则覆盖区域，例如1公里的网格单元。
在赤道处的GEDI轨迹覆盖示例图如下，
二、GEDI 任务概述
- GEDI产生了首批对地球三维结构的高分辨率激光测距观测数据。
- GEDI对森林冠层高度、冠层垂直结构和地表高程进行精确测量。
- GEDI极大地提高了我们表征碳循环、水循环过程、生物多样性和栖息地的能力。
- GEDI于2018年被部署到国际空间站（ISS）进行为期两年的任务，目前已延长至2023年1月。
全球生态系统动态调查（GEDI）产生了对地球三维结构的高分辨率激光测距观测数据。GEDI对森林冠层高度、冠层垂直结构和地表高程进行精确测量，极大地提升了我们表征重要的碳循环、水循环过程、生物多样性和栖息地的能力。
GEDI的地表结构数据还对天气预报、森林管理、冰川和积雪监测以及生成更准确的数字高程模型具有巨大价值。GEDI提供了NASA观测资源中缺失的关键部分——三维结构，这使我们能够更好地了解地球作为一个系统的行为，并指导我们为维持关键资源所采取的行动。
GEDI仪器是一种大地测量级的光探测与测距（激光雷达）系统，由3台激光器组成，产生8条平行的观测轨迹。每台激光器每秒发射242次脉冲，并照射在地表上一个25米大小的点（即脚印），通过这些脚印进行三维结构测量。每个脚印在轨迹方向上间隔60米，每条轨迹之间横向距离约为600米。在其预定的24个月任务期间，GEDI预计将产生约100亿次不受云层影响的观测数据。
GEDI 激光器
GEDI激光器发射激光并返回亮度
GEDI激光器获取的波形数据
沿轨道激光回波能量显示植被的垂直分布图如下，
GEDI直接响应由美国国家科学院和NASA科学任务总局设定的观测优先事项，重点强调需要进行激光雷达垂直结构测量来解决碳循环和生物多样性方面的关键挑战。从GEDI的先进激光器所得到的信息进一步推动了NASA下一代任务的观测，包括NASA ISRO合成孔径雷达（NISAR）和冰云高程卫星-2（ICESat-2）等。此外，GEDI还与德国航空航天中心（DLR）有着正式的合作，将其激光雷达数据与DLR TanDEM-X SAR干涉测量任务相结合，以生成全覆盖的冠层高度和其他结构指标的地图。
GEDI是在2014年作为NASA地球探索仪器（EVI）项目进行竞争选择的。项目费用限制在9400万美元，由马里兰大学与NASA戈达德太空飞行中心合作领导。GEDI的科学数据算法和产品由GEDI科学定义团队创建。
三、GEDI 仪器概述
GEDI拥有有史以来在轨道上部署的最高分辨率和最密集采样的激光雷达。这需要在NASA戈达德太空飞行中心开发一系列创新技术。
GEDI是一种全波束激光雷达仪器，可对地球表面的三维结构进行详细测量。激光雷达是一种主动遥感技术（类似于雷达的激光版本），它使用激光光脉冲来测量三维结构。激光光束照射地面、植被和云层后，通过GEDI的望远镜进行收集。这些光子然后被引导至探测器，将光的亮度转换为电压信号，并按照时间间隔（1纳秒或15厘米）的函数进行记录。通过乘以光速，将时间转换为距离（一个距离）。根据距离的函数记录的电压即为全波束。
GEDI仪器显示激光器、光学路径、探测器和数字化设备示意图，
GEDI的80厘米望远镜用于收集接收到的光线，如下图所示，
GEDI部署在日本实验舱外设施（JEM-EF）上。突出显示的方框表示GEDI在JEM-EF上的位置。
国际空间站（顶部）和日本实验舱外设施（底部）上安装有GEDI，用金色标示。GPS系统提供GEDI仪器在轨道上相对于地球表面的位置信息，而星敏感器则提供仪器的方向信息。这使得GEDI波形在地球表面的位置可以以水平精度在正负9米内计算。GEDI将其非正侧视指向最小化，小于约6°，以避免不准确的距离测量。
GEDI唯一的可观测量是波形，所有其他数据产品都是从波形中获得的。信号处理用于识别波形中的地面。在波形上方激光能量的分布可用于确定脚印内物体的高度和密度。激光雷达的视角和主动使用光线使得地面可以通过树冠中的小间隙进行识别，实现了对比被动光学（如航天相机）或短波雷达系统更密集森林的非饱和测量。此外，与其他卫星遥感相比，高度和垂直分布是直接测量的，可以与现场观测进行比较。
四、产品概述
GEDI的数据产品列在下面的表中。
GEDI的Tier 1数据产品包括两个独立的产品，Tier 1A（L1A）和Tier 1B（L1B）产品。
- GEDI L1A数据产品包含基本的仪器工程和设备数据，以及原始波形和地理定位信息，用于计算更高级别的数据产品。
- GEDI L1B地理定位波形数据产品，与L1A数据产品类似，包含特定数据，以支持更高级别的2A和2B数据产品的计算。这些L1B数据包括经过校正的接收波形以及接收波形的地理定位信息。L1B数据产品为最终用户提供了与更高级别L2产品的背景信息，并且使最终用户能够应用自己的波形解释算法。
- L2产品包含来自GEDI回波波形的信息，包括地面的高程、高度和结构测量，以及描述成像Q面的其他波形测量。
特别需要注意的是，许多美国卫星的最终产品将以h5文件格式呈现，这已成为美国卫星的标准格式。
